CN104633927A - 热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器，包括：水箱，水箱设有换热器；水箱还设有水流通道，水流通道的入口和出口与水箱连通，换热器与水流通道中的水进行换热；还包括水泵，水泵使水流通道中的水与水箱中的水加速循环。在水箱内套设有衬套，在衬套与水箱的内侧壁之间形成水流通道。本发明通过采用水泵使水箱内的水进行强制对流，从而破坏了水箱中水的常规流态，使得与内胆壁面相接触的水的流态发生扰动、旋涡、旋转、紊流、泡状流等等变化，从而阻碍换热边界的发展，进而增加对换热边界区域的扰动，使得换热边界的水进一步流动起来破坏边界区域，使换热得到强化，得到强化后的相同面积下的换热能力可以成倍提升。

Description

热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器领域，尤其涉及一种热泵热水器。

背景技术

热泵热水器通过流动介质在换热器中的流动，实现对热水器水箱内的水进行换热。提高热泵热水器的换热效率是本领域技术人员一直追求的目标。

目前，根据热泵热水器的换热器位置和换热器种类，可以将热泵热水器分为外绕盘管式热泵热水器、外绕微通道式热泵热水器和内绕盘管式热泵热水器。在热量的传递方向上，无论外绕盘管式热泵热水器或是外绕微通道式热泵热水器，冷媒的热量均通过盘管壁或微通道壁传递至水箱外壁，并通过水箱内壁传递至水箱内的水。对于内绕盘管式热泵热水器而言，冷媒的热量通过盘管壁传递至水箱内的水。在上述结构中，无论是通过水箱内壁将热量传递至水箱内，还是通过盘管壁传递给水，在其换热界面处都是通过自然对流换热来完成的。一般而言，自然对流换热存在着水与换热壁面传热热阻过大问题、换热能力有限、能效较低等缺点。为了解决这一技术问题，一般而言都采用增加换热的面积，但是这必然会导致热泵热水器的体积较大、成本增加等缺点。

申请号为201020550102.8的中国实用新型专利公开了一种内涡流自循环式外壁加热水箱，由内胆围壳、加热元件、胆内隔流器、保温结构及水管组成，其中加热元件贴附于围壳的外壁面，内胆内部设置有筒状薄壁隔流器，其上端部与围壳的上部内壁面有间隔，下端部与围壳的下部内壁面有间隔，隔流器将胆内水体分为外流道和内流道两部分。当内胆外壁面受热时，外流道的水体依靠浮升力上行，至隔流器上端部后转而向下流入内流道，整个水体形成一个大涡流。但是，这种自循环式外壁加热水箱仍然是通过自然对流的形式进行换热，并没有解决换热壁面间传热热阻较大的问题，因此，其并不能使热泵热水器换热能力得到提升，换热效率与没有胆内隔流器的热泵水箱相差无几。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种热泵热水器，其可以提高热泵热水器的换热效率。

本发明的具体技术方案是：

一种热泵热水器，包括：水箱，所述水箱设有换热器；所述水箱还设有水流通道，所述水流通道的入口和出口与所述水箱连通，所述换热器与所述水流通道中的水进行换热；还包括水泵，所述水泵使所述水流通道中的水与所述水箱中的水加速循环。

优选地，所述水流通道中的水通过所述水流通道壁与所述换热器换热。

优选地，所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水箱内侧壁为水流通道壁。

优选地，在所述水箱内套设有衬套，在所述衬套与所述水箱的内侧壁之间形成所述水流通道。

优选地，所述衬套的外侧壁设置有凸出所述外侧壁的导流壁，所述导流壁、所述水箱的内侧壁和所述衬套的外侧壁围成所述水流通道。

优选地，所述导流壁与所述水箱的内侧壁间密封连接。

优选地，所述水流通道的数量为至少两条。

优选地，所述导流壁与所述衬套的材料为不锈钢或耐高温塑料。

优选地，所述衬套正对所述水流通道的部位设有贯通所述衬套侧壁的通孔。

优选地，所述衬套的高度为所述水箱高度的1/3至2/3。

优选地，所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水流通道为设于所述换热器外侧的夹套流道。

优选地，所述水流通道为设于所述水箱外侧壁上的夹套流道，所述换热器设于所述夹套流道外侧。

优选地，所述水流通道沿所述水箱周向螺旋延伸，或沿着直线延伸。

优选地，所述水流通道中的水与所述换热器直接换热。

优选地，所述换热器设于所述水流通道内。

优选地，所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水流通道为设于所述水箱外侧壁上的夹套流道。

优选地，所述换热器设于所述水箱内，所述水流通道设于所述水箱内。

优选地，所述水泵能控制所述水流通道内的流速达到一临界值，以破坏水流通道中的水与水箱内壁之间的边界层。

优选地，所述热泵热水器包括连通所述水箱与所述水流通道的水管，所述水泵能通过所述水管将水箱内的水抽入所述水流通道中。

本发明通过采用水泵使水箱内的水进行强制对流，从而破坏了水箱中水的常规流态，使得与内胆壁面相接触的水的流态发生扰动、旋涡、旋转、紊流、泡状流等等变化，从而阻碍换热边界的发展，进而增加对换热边界区域的扰动，使得换热边界的水进一步流动起来破坏边界层，使换热得到强化，得到强化后的相同面积下的换热能力可以成倍提升。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1A为本申请中热泵热水器的第一个具体实施例的结构示意图。

图1B为本申请中热泵热水器的第一个具体实施例的另一个实施方式的结构示意图。

图2A为本申请中热泵热水器的第二个具体实施例的结构示意图。

图2B为图2A中热泵热水器部分的立体示意图。

图2C为本申请中热泵热水器的第二个具体实施例中衬套的另一种结构示意图。

图3为本申请中热泵热水器的第三个具体实施例的结构示意图。

图4为本申请中热泵热水器的第四个具体实施例的结构示意图。

图5为本申请中热泵热水器的第五个具体实施例的结构示意图。

图6为本申请中热泵热水器的第六个具体实施例的结构示意图。

图7为本申请中热泵热水器的第七个具体实施例的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、水箱；11、外侧壁；12、内侧壁；13、出水端；14、入水端；15、入水口；16、出水口；17、水管；2、换热器；3、水流通道；31、入口；32、出口；4、水泵；5、衬套；51、导流壁；52、通孔；6、夹套流道；71、第一夹道；72、第二夹道。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

图1A示出了本申请中的第一个具体实施例。参照图1A所示，在本实施例中，热泵热水器包括水箱1、换热器2、水流通道3和水泵4。在本实施方式中，水箱1的底部具有出水端13，水箱1的中部或顶部具有入水端14。水流通道3具有对应的位于下方的入口31和位于上方的出口32。水流通道3的入口31与水箱1的出水端13连通。水流通道3的出口32与水箱1的入水端14连通。换热器2可以与水流通道3内的水进行换热。水泵4可以设置水箱1内，也可以设置在水流通道3内，还可以通过水管连接在水流通道3与水箱1之间。在本实施方式中，水泵4位于水箱1和水流通道3外。水箱1和水泵4之间通过一水管17连通。水管17自水箱1的侧壁伸入水箱1内并与水箱1连通，水管17位于水箱1外的一端通过水泵4与水流通道3的入口31连通。当然水管17也可以自水箱1的底部伸入水箱1内。优选地，水泵4可以依据水箱1内水的温度工作。当水箱1内的温度较低而需要较高的温度时，水泵4可以处于高速运行状态。当水箱1内的温度与需要的温度差值较小时，水泵4可以处于低速，甚至处于不工作状态。当水泵4处于工作状态时，水箱1内的水在水泵4的强制作用下，自水箱1的出水端13经过水流通道3的入口31流入水流通道3中。进入水流通道3内的水在水泵4的提升作用下，自水流通道3的出口32再次进入水箱1中。当水流通道3内的流速达到一定值，可以破坏水箱1中的常规流态，使得水流通道3中与壁面相接触的水的流态发生扰动、旋涡、旋转、紊流、泡状流等变化，从而阻碍换热边界的发展，进而增加对换热边界区域的扰动，使得换热边界的水进一步流动起来破坏边界区域，使换热得到强化。与现有技术相比，本申请中的热泵热水器在相同换热面积下换热能力大幅得到增加，经过本发明人通过数次试验得知，。在相同的实验条件下:(1)没有水流通道、没有水泵的常规形态的热泵水箱，其换热系数K1为274.38W/㎡.℃；(2)在有水流通道，有衬套，没有水泵的热泵水箱中，其换热系数K2为263.77W/㎡.℃；(3)本申请的带有水流通道及水泵的热泵热水器中，其换热效率可达到762.99W/㎡.℃，较现有技术中的热泵热水器的换热系数得到了大幅提升。

本发明人通过多次试验得知，采用本申请中的热泵热水器通过水泵4可以使水流通道3中水的流速及流动形态发生变化，当水流通道3内的水流速度达到一定值时可以破坏换热边界层。而现有技术中，由于没有设置水泵，因而不能对水流通道3中的水流速度进行控制，进而无法破坏换热边界层，故其换热效率仍然较低。

具体的，参照图1A所示，在本实施方式中，换热器2为包裹在水箱1外壁上的微通道换热器。水流通道3由密封连接在在水箱1内侧壁12上并沿水箱螺旋延伸的导流条和位于水箱1内的衬套5形成。换热器2可以通过水箱1侧壁与水流通道3内的水进行换热。

在一个优选的实施方式中，参照图1B所示，衬套5正对所述水流通道的部位设有贯通所述衬套侧壁的通孔52，所述通孔52可以使得阳极棒对正对所述述衬套部位的水箱内侧壁12形成保护。

图2A和图2B示出了本申请中的第二个具体实施例，其中图2A的下部为剖视图。参照图2A和图2B所示，在本实施例中，热泵热水器包括水箱1、衬套5、盘旋缠绕在水箱1外的微通道换热器2、在衬套5和水箱1内侧壁12之间形成的水流通道3以及水泵4。水箱1还具有与外界连通以承接来水的入水口15和向外排出水的出水口16。衬套5套设在水箱1内，衬套5呈中空状，以将水箱1的出水端13与水流通道3的入口31连通。衬套5的高度可以为所述水箱1高度的1/3至2/3；经过申请人多次反复试验证明，当衬套5的高度为所述水箱1高度的1/3至2/3时，在满足和提高换热器2的换热效率的基础上，大大节约了成本，避免了不需要的消耗；同时由于相同面积下的换热能力得到成倍提升，相同水箱及相同换热面积下可以采用更大排量的热泵制热系统设计，从而解决更快速度加热水箱、小水箱配更大制热能力的热泵系统问题。在衬套5的外壁焊接设置有凸出衬套5的外壁的导流壁51。导流壁51与衬套5可以由不锈钢、耐高温塑料或其他耐高温的材料制成。水箱1的内侧壁12和衬套5的外壁成水流通道3。在一个优选实施方式中，导流壁51与水箱1的内侧壁12之间可以设置有密封条，从而防止水流通道3内的水串流。在本实施方式中，导流壁51可以呈螺旋形。

在另一个实施例方式中，参照图2C所示，导流壁51也可以形成多条水流通道3，各条水流通道3可以共用同一个入口31和出口32，也可以具有各自的入口31和出口32。当然，为了延长水流通道3的长度，水流通道3也可以沿水箱1周向螺旋延伸或沿着直线延伸。

图3示出了本申请中的第三个具体实施例。参照图3所示，在本实施例中，热泵热水器包括水箱1、盘旋缠绕贴设在水箱1外的换热器2、贴设在微通道换热器2外并与换热器2对应的水流通道3、水泵4。换热器2设于所述水箱1外侧壁11，所述水流通道3为设于所述换热器2外侧上的夹套流道6。换热器2可以通过水箱1侧壁与水箱1内的水进行换热。换热器2与夹套流道6相紧贴，以实现换热器2与夹套流道6换热。在本实施例中，换热器2可以同时对水箱1和夹套流道6进行直接换热。

图4示出了本申请中的第四个具体实施例。参照图4所示，在本实施例中，热泵热水器包括水箱1、设置在水箱1外并与水箱1相紧贴的水流通道3、设置在水流通道3外壁的换热器2、水泵4。水流通道3为设于所述水箱1外侧壁11上的夹套流道6。换热器2设于所述夹套流道6外侧。换热器2通过与夹套流道6紧贴的壁来传热，并通过夹套流道6与水箱1间接换热。优选地，水箱1与夹套流道6可以一体式构造，以减少加工或装配成本。

图5示出了本申请中的第五个具体实施例。在本实施例中，水流通道3中的水与所述换热器2直接换热。参照图5所示，本实施方式中，换热器2设在水流通道3内，换热器2可以为换热管，并且水流通道3位于水箱1的内部。换热器2对水流通道3内的水进行直接加热，同时，换热器2通过水流通道3与水箱1内的水进行换热。与上个例子类似，水箱1与水流通道3可以一体式构造，以减少加工或装配成本。

图6示出了本申请中的第六个具体实施例。在本实施例中，水流通道3中的水与所述换热器2直接换热。参照图6所示，换热器2设在水流通道3内，并且水流通道3位于水箱1的外部，并且水流通道3与水箱1相紧贴。

图7示出了本申请中的第七个具体实施例。在本实施例中，水流通道3包括位于水箱1外侧的第一夹道71和位于水箱1内侧第二夹道72。第一夹道71可以由与所述水箱1外侧壁11形成。第二夹道72可以由与水箱1内侧壁12形成。第一夹道71和第二夹道72可以共用一个入口31和出口32，也可以具有不同的入口31和出口32。在本实施例中，换热器2位于第一夹道71内，并对第一夹道71进行直接换热，对水箱1和第二夹道72进行间接换热。类似的，换热器2也可以位于第二夹道72内，并对第二夹道72进行直接换热，对水箱1和第一夹道71进行间接换热。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种热泵热水器，包括：

水箱，所述水箱设有换热器；

其特征在于：

所述水箱还设有水流通道，所述水流通道的入口和出口与所述水箱连通，所述换热器与所述水流通道中的水进行换热；

还包括水泵，所述水泵使所述水流通道中的水与所述水箱中的水加速循环。

2.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于：所述水流通道中的水通过所述水流通道壁与所述换热器换热。

3.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于：所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水箱内侧壁为水流通道壁。

4.如权利要求3所述的热泵热水器，其特征在于：在所述水箱内套设有衬套，在所述衬套与所述水箱的内侧壁之间形成所述水流通道。

5.如权利要求4所述的热泵热水器，其特征在于：所述衬套的外侧壁设置有凸出所述外侧壁的导流壁，所述导流壁、所述水箱的内侧壁和所述衬套的外侧壁围成所述水流通道。

6.如权利要求5所述的热泵热水器，其特征在于：所述导流壁与所述水箱的内侧壁间密封连接。

7.如权利要求6所述的热泵热水器，其特征在于：所述水流通道的数量为至少两条。

8.如权利要求5所述的热泵热水器，其特征在于：所述导流壁与所述衬套的材料为不锈钢或耐高温塑料。

9.如权利要求4所述的热泵热水器，其特征在于：所述衬套正对所述水流通道的部位设有贯通所述衬套侧壁的通孔。

10.如权利要求4所述的热泵热水器，其特征在于：所述衬套的高度为所述水箱高度的1/3～2/3。

11.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于：所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水流通道为设于所述换热器外侧的夹套流道。

12.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于：所述水流通道为设于所述水箱外侧壁上的夹套流道，所述换热器设于所述夹套流道外侧。

13.如权利要求3或11或12所述的热泵热水器，其特征在于：所述水流通道沿所述水箱周向螺旋延伸，或沿着直线延伸。

14.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于：所述水流通道中的水与所述换热器直接换热。

15.如权利要求14所述的热泵热水器，其特征在于：所述换热器设于所述水流通道内。

16.如权利要求15所述的热泵热水器，其特征在于：所述换热器设于所述水箱外侧壁，所述水流通道为设于所述水箱外侧上的夹套流道。

17.如权利要求15所述的热泵热水器，其特征在于：所述换热器设于所述水箱内，所述水流通道设于所述水箱内。

18.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于：所述水泵能控制所述水流通道内的流速达到一临界值，以破坏水流通道中的水与水箱内壁之间的边界层。

19.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于：所述热泵热水器包括连通所述水箱与所述水流通道的水管，所述水泵能通过所述水管将水箱内的水抽入所述水流通道中。